10.2 Способы гидравлического расчета системы водяного отопления

Гидравлический расчет системы водяного отопления выполняют различными способами. Рассмотрим наиболее распространенные способы.

Первый способ гидравлического расчета — по удельной линейной потере давления, когда подбирают диаметр труб при равных (применяют также термин постоянных) перепадах температуры воды во всех стояках и ветвях ∆tст таких же как расчетный перепад температуры воды во всей системе ∆tс

∆tст=∆tс (10.7)

причем ∆tс=tг-tо.

Предварительно вычисляют расход воды на каждом участке по формуле (10.2). Потери давления на трение и местные сопротивления на участке определяют раздельно по преобразованной формуле (10.4)

(10.8)

где — удельная потеря давления на трение на длине 1м, Па/м;

потери давления на местные сопротивления Па.

Потери давления в циркуляционном кольце системы:

при последовательном соединении N участков

(10.9)

т. е. равны сумме потерь давления на участках, составляющих кольцо;

при параллельном соединении двух участков, стояков или ветвей

∆Рi=∆Pj (10.10)

т. е. потери давления на параллельно соединенных участках, стояках или ветвях равны.

Второй способ гидравлического расчета — по характеристикам сопротивления и проводимостям, когда устанавливают распределение потоков воды в циркуляционных кольцах системы и получают неравные (употребляют также термины — переменные, скользящие) перепады температуры воды в стояках и ветвях

∆tcт<>∆tc (10.11)

При этом допускают отклонение ∆tcт от ∆tc на ±7 °С (при tг до 115 °С) и ограничивают минимальную температуру воды, уходящей из стояков и ветвей в расчетных условиях, 60 °С. Предварительно выбирают диаметр труб на каждом участке с учетом допустимой скорости движения воды и конструктивных соображений.

Потери давления на трение и местные сопротивления на участке определяют совместно по преобразованной формуле (10.4)

(10.12)

где wуч=40уч/(3600рπd²) —скорость движения воды, м/с; Gyч — расход воды на рассчитываемом участке, кг/ч; Ауч—удельное гидродинамическое давление на участке. Па/ (кг/ч)², возникающее при расходе воды 1 кг/ч; вычисляется по формуле (после подстановки значения л и преобразования)

Ауч=6,25/(10⁸рd⁴'_В) (10.13)

Sуч — характеристика гидравлического сопротивления участка, Па/(кг/ч)³, выражающая потери давления на участке при единич­ном расходе воды (1 кг/ч); определяется по формуле [см. формулу (10.12)]

(10.14)

Потери давления на участке могут быть найдены помимо формулы (8.12), т. е. по зависимости ∆Руч=SyчG²уч еще и исходя из проводимости участка

(10.15)

где Óуц — проводимость участка, кг/(ч-Па^0.5), показывающая расход воды при единичной потере давления на участке (1 Па).

Проводимость связана с характеристикой сопротивле­ния зависимостью

(10.16)

Характеристика сопротивления может быть получена как для отдельного участка, так и для нескольких участков, соединенных между собой последовательно или параллельно. Общая характеристика гидравлического сопротивления последовательно соединенных N участков (при одинаковых расходах теплоносителя на всех участках)

Soбщ=∑Si (10.17)

т. е. равна сумме характеристик сопротивления участков. Общая характеристика гидравлического сопротивле­ния параллельно соединенных двух участков (характери­стика сопротивления так называемого узла)

(10.18)

т. е. характеристика сопротивления узла параллельных участков равняется обратной величине квадрата суммы проводимостей участков, его составляющих (при условии равенства естественных циркуляционных давлений, действующих в кольцах, включающих параллельно соединен­ные участки)

В данном случае проводимости участков — Ó1 и Ó2. При включении в узел третьего параллельного участка с характеристикой сопротивления S3 (проводимостью Óа) в формулу (10.l8) вводится третье слагаемое в скобки знаменателя — (или Óа).

Характеристики сопротивления узлов, соединенных последовательно с участками, суммируют с характеристиками сопротивления этих участков по формуле (10.17). Следовательно, характеристика сопротивления однотрубного стоя­ка, состоящего из последовательно соединенных приборных узлов и участков

Sст=∑Sуч+∑Sуз (10.19)

В сложные узлы могут объединяться параллельно соединенные и стояки и ветви системы для получения S,; — характеристики сопротивления системы. Тогда погери давления в системе ∆Рс при известном расходе воды Gc могут быть найдены по формуле, аналогичной формуле (8.12):

∆Рс=ScG²c(10.20)

Гидравлический расчет по первому способу раскрывает физическую картину распределения сопротивлений в системе, но выполняется с невязками потерь давления в смежных циркуляционных кольцах. Вследствие этого на практике после окончания монтажных работ требуется проводить пусконаладочное регулирование системы во избежание нарушения расчетного распределения воды по приборам.

Гидравлический расчет по второму способу применяют при повышенной скорости движения воды в системе, когда возможно использование постоянных значений коэффициентов λ и ξ. В результате расчета определяются действительные значения расхода и температуры воды в ветвях, стояках и приборах системы отопления. Его использование для расчета систем с естественной циркуляцией преуменьшает потери давления и тем более, чем ниже скорость движения воды.

Известны также способы гидравлического расчета систем отопления по приведенным длинам и по динамическим давлениям, основанные также на формуле (10.4).

Приведенные длины участков включают дополнитель­ные длины труб, эквивалентные по потерям давления потерям на участках в местных сопротивлениях (пр=уч+экв)-Способ приведенных длин применяется при гидравлических расчетах систем парового отопления высокого давления и наружных теплопроводов.

При гидравлическом расчете по динамическим давлениям (Pдин=pw²/2), наоборот, к КМС участков прибавляют дополнительные КМС, эквивалентные по потерям давления линейным потерям на участках (∑ξпр=∑ξyч+∑ξэкв). Способ динамических давлении целесообразно применять для расчета систем водяного отопления с короткими участ­ками и многочисленными местными сопротивлениями.

ЛЕКЦИЯ 11